JP7223613B2 - Watch parts, movements, watches and methods of manufacturing watch parts - Google Patents
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Description
本発明は、時計部品、ムーブメント、時計、および時計部品の製造方法に関する。 The present invention relates to a watch component, a movement, a watch, and a method for manufacturing a watch component.
時計部品の軽量化と高精度化を図るために、MEMS(微小電気機械システム:Micro Electro Mechanical Systems)によるシリコン加工により、時計部品を製造する技術が使用されている。 In order to reduce the weight and increase the accuracy of timepiece parts, a technology for manufacturing timepiece parts by silicon processing using MEMS (Micro Electro Mechanical Systems) is used.
時計に使用されるシリコン部品は、例えば、下記特許文献1に記載されるように、フォトレジストによるシリコン基板のマスキングとRIE(反応性イオンエッチング:Reactive Ion Etching)によるシリコン基板のエッチング加工等により製造されている。しかし、シリコン部品は、加工中に断面方向に生じる欠陥を開始位置(発生源)として、割れや劈開が発生する可能性があり、実用化が難しいという問題がある。 Silicon parts used in watches are manufactured by masking a silicon substrate with a photoresist and etching the silicon substrate by RIE (Reactive Ion Etching), for example, as described in Patent Document 1 below. It is However, silicon parts have the problem that they are difficult to put into practical use because there is a possibility that cracks or cleavages may occur from defects that occur in the cross-sectional direction during processing.
下記特許文献1では、この対策として、シリコン表面に水素ガスによる処理を施すことで、角部を丸くし、耐衝撃性を向上させるシリコン部品の製造方法が開示されている。また、下記特許文献2には、シリコン表面に酸化膜を形成するマイクロメカニカル部品の製造方法が開示されている。 As a countermeasure against this problem, Patent Literature 1 below discloses a method for manufacturing a silicon component in which the silicon surface is treated with hydrogen gas to round corners and improve impact resistance. Further, Patent Document 2 listed below discloses a method of manufacturing a micromechanical component in which an oxide film is formed on a silicon surface.
上記特許文献1に記載のシリコン部品の製造方法や、上記特許文献2に記載のマイクロメカニカル部品の製造方法では、特殊なガスや高価な装置を使用する必要があると共に、その処理に長い時間を要する。このため、シリコン部品の強度を上げるには、生産性やコスト面で改善の余地がある。 The method for manufacturing a silicon component described in Patent Document 1 and the method for manufacturing a micromechanical component described in Patent Document 2 require the use of special gases and expensive equipment, and the processing takes a long time. need. Therefore, there is room for improvement in terms of productivity and cost in order to increase the strength of silicon parts.
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、低コストで強度を上げることができる時計部品、ムーブメント、時計、および時計部品の製造方法を提供することを目的とする。 SUMMARY OF THE INVENTION It is an object of the present invention to provide a timepiece component, a movement, a timepiece, and a method of manufacturing the timepiece component that can increase strength at a low cost.
第1の態様に係る時計部品は、シリコン材の厚み方向の少なくとも片面に設けられた金属層と、前記金属層の少なくとも一部に形成され、前記金属層が前記シリコン材の側面から張り出した庇部と、を有する。 A timepiece component according to a first aspect comprises a metal layer provided on at least one side of a silicon material in the thickness direction, and a canopy formed on at least a part of the metal layer, the metal layer protruding from the side surface of the silicon material. and
第1の態様によれば、シリコン材の厚み方向の少なくとも片面に金属層が設けられている。金属層の少なくとも一部には、金属層がシリコン材の側面から張り出した庇部が形成されている。これにより、例えば、反応性イオンエッチング(RIE)により発生した切欠き等の欠陥が金属層及び庇部により保護されるので、切欠き等の欠陥に力が直接加わることが抑制され、破壊強度が上昇する。このため、低コストで時計部品の強度を上げることができる。 According to the first aspect, the metal layer is provided on at least one surface in the thickness direction of the silicon material. At least a portion of the metal layer is formed with a canopy portion in which the metal layer protrudes from the side surface of the silicon material. As a result, for example, defects such as notches generated by reactive ion etching (RIE) are protected by the metal layer and the eaves, so direct application of force to defects such as notches is suppressed, and breaking strength is improved. Rise. Therefore, the strength of the timepiece component can be increased at low cost.
第2の態様に係る時計部品は、第1の態様において、前記シリコン材の厚み方向の両面に前記金属層と前記庇部が設けられている。 A timepiece component according to a second aspect is, in the first aspect, provided with the metal layer and the eaves on both sides in the thickness direction of the silicon material.
第2の態様によれば、シリコン材の厚み方向の両面に金属層と庇部が設けられているので、切欠き等の欠陥に力が直接加わることがより確実に抑制され、破壊強度がさらに上昇する。 According to the second aspect, since the metal layer and the eaves are provided on both sides in the thickness direction of the silicon material, the direct application of force to defects such as notches is more reliably suppressed, and the breaking strength is further improved. Rise.
第3の態様に係る時計部品は、第1の態様又は第2の態様において、前記シリコン材は、厚み方向に貫通する貫通孔を備え、前記シリコン材に、前記金属層と、前記シリコン材の前記貫通孔の側に張り出した前記庇部とが設けられており、前記シリコン材の前記貫通孔に打ち込み部材の軸部が打ち込まれた状態で、前記庇部が前記貫通孔の側に変形した変形部により、前記軸部が前記シリコン材の前記貫通孔に保持されている。ここで、貫通孔は、周方向に閉じた貫通孔と、周方向の一部が開口された貫通孔の両方を含む。 A timepiece component according to a third aspect is, in the first aspect or the second aspect, wherein the silicon material has a through hole penetrating in a thickness direction, and the silicon material comprises the metal layer and the silicon material. The eaves portion projecting toward the through hole is provided, and the eaves portion is deformed toward the through hole in a state in which the shaft portion of the driving member is driven into the through hole of the silicon material. The deformed portion holds the shaft portion in the through hole of the silicon material. Here, the through-holes include both circumferentially closed through-holes and circumferentially partially open through-holes.
第3の態様によれば、貫通孔を備えたシリコン材に、金属層と、シリコン材の貫通孔の側に張り出した庇部とが設けられている。そして、シリコン材の貫通孔に打ち込み部材の軸部が打ち込まれた状態で、庇部が貫通孔の側に変形した変形部により、軸部がシリコン材の貫通孔に保持されている。例えば、ヒゲぜんまいのシリコン材の貫通孔に、カナの軸部が打ち込まれた状態で、変形部により、カナの軸部がシリコン材の貫通孔に保持される。このため、打ち込み部材の軸部をシリコン材の貫通孔に容易に位置出して固定することができ、生産性が向上する。 According to the third aspect, the silicon material having the through holes is provided with the metal layer and the overhanging portion projecting toward the through holes of the silicon material. Then, in a state in which the shaft portion of the driving member is driven into the through hole of the silicon material, the shaft portion is held in the through hole of the silicon material by the deformed portion in which the eaves portion is deformed toward the through hole. For example, in a state in which the shaft of the pinion is driven into the through hole of the silicon material of the hairspring, the shaft of the pinion is held in the through hole of the silicon material by the deformation portion. Therefore, the shaft portion of the driving member can be easily positioned and fixed in the through hole of the silicon material, thereby improving productivity.
第4の態様に係る時計部品は、第1の態様又は第2の態様において、前記シリコン材は、厚み方向に貫通する貫通孔を備え、前記シリコン材に、前記金属層と、前記シリコン材の前記貫通孔の側に張り出した前記庇部とが設けられており、前記シリコン材の前記貫通孔に打ち込み部材の軸部が打ち込まれた状態で、前記庇部が前記貫通孔の側に変形した変形部と、前記軸部と前記シリコン材との間に充填された接着剤により、前記軸部が隣り合う前記シリコン材の前記貫通孔に保持されている。ここで、貫通孔は、周方向に閉じた貫通孔と、周方向の一部が開口された貫通孔の両方を含む。 A timepiece component according to a fourth aspect is, in the first aspect or the second aspect, wherein the silicon material has a through hole penetrating in a thickness direction, and the silicon material comprises the metal layer and the silicon material. The eaves portion projecting toward the through hole is provided, and the eaves portion is deformed toward the through hole in a state in which the shaft portion of the driving member is driven into the through hole of the silicon material. The shaft portion is held in the through hole of the adjacent silicon material by the deformation portion and the adhesive filled between the shaft portion and the silicon material. Here, the through-holes include both circumferentially closed through-holes and circumferentially partially open through-holes.
第4の態様によれば、貫通孔を備えたシリコン材に、金属層と、シリコン材の貫通孔の側に張り出した庇部とが設けられている。そして、シリコン材の貫通孔に打ち込み部材の軸部が打ち込まれた状態で、庇部が貫通孔の側に変形した変形部と、軸部と前記シリコン材との間に充填された接着剤により、軸部がシリコン材の貫通孔に保持されている。例えば、ヒゲぜんまいのシリコン材の貫通孔に、カナの軸部が打ち込まれた状態で、変形部と接着剤により、カナの軸部がシリコン材の貫通孔に保持される。このため、打ち込み部材の軸部をシリコン材の貫通孔に容易に位置出して固定することができ、生産性が向上する。 According to the fourth aspect, the silicon material having the through holes is provided with the metal layer and the overhanging portion projecting toward the through holes of the silicon material. Then, in a state in which the shaft portion of the driving member is driven into the through hole of the silicon material, the deformed portion in which the eaves portion is deformed toward the through hole side and the adhesive filled between the shaft portion and the silicon material. , the shaft portion is held in the through hole of the silicon material. For example, in a state in which the pinion shaft is driven into the through hole of the silicon material of the hairspring, the pinion shaft is held in the through hole of the silicon material by the deformation portion and the adhesive. Therefore, the shaft portion of the driving member can be easily positioned and fixed in the through hole of the silicon material, thereby improving productivity.
第5の態様に係る時計部品は、第4の態様において、前記接着剤は、前記軸部の軸方向の前記変形部の逆側から前記軸部と前記シリコン材との間に充填されている。 A timepiece component according to a fifth aspect is the timepiece component according to the fourth aspect, wherein the adhesive is filled between the shaft portion and the silicon material from the opposite side of the deformed portion in the axial direction of the shaft portion. .
第5の態様によれば、接着剤は、軸部の軸方向の変形部の逆側から軸部とシリコン材との間に充填されているので、軸部の軸方向の変形部の逆側から軸部とシリコン材との間に接着剤を充填する際に、接着剤の流れを変形部により抑えることができる。このため、打ち込み部材の不要な部分への接着剤のはみ出しを抑制することができる。 According to the fifth aspect, since the adhesive is filled between the shaft and the silicone material from the opposite side of the axially deformed portion of the shaft, the adhesive is filled on the opposite side of the axially deformed portion of the shaft. The flow of the adhesive can be suppressed by the deformed portion when the adhesive is filled between the shaft portion and the silicon material. Therefore, it is possible to prevent the adhesive from oozing out to unnecessary portions of the driving member.
第6の態様に係る時計部品は、第1の態様から第5の態様までのいずれか1つの態様において、前記庇部は、前記シリコン材の厚み方向の面から側面の一部にかけて覆っている。 A timepiece component according to a sixth aspect is any one of the first aspect to the fifth aspect, wherein the overhang part covers a part of the side surface from the thickness direction surface of the silicon material. .
第6の態様によれば、庇部がシリコン材の厚み方向の面から側面の一部にかけて覆っているので、切欠き等の欠陥に力が直接加わることがより確実に抑制され、破壊強度がさらに上昇する。 According to the sixth aspect, since the eaves part covers from the surface in the thickness direction of the silicon material to part of the side surface, direct application of force to defects such as notches is more reliably suppressed, and the breaking strength is improved. rise further.
第7の態様に係る時計部品は、第2の態様から第6の態様までのいずれか1つの態様において、前記庇部が他の部材の摺動面に接触する構成とされている。 A timepiece component according to a seventh aspect is, in any one of the second aspect to the sixth aspect, configured such that the eaves contact a sliding surface of another member.
第7の態様によれば、庇部が他の部材の摺動面に接触する構成とされており、庇部と摺動面との接触部の面積が小さいので、摩擦係数が下がる。このため、庇部と摺動面とを相対的にスムーズに摺動させることができる。 According to the seventh aspect, the eaves contact the sliding surface of another member, and the contact area between the eaves and the sliding surface is small, so the coefficient of friction is reduced. Therefore, the eaves portion and the sliding surface can be slid relatively smoothly.
第8の態様に係る時計部品は、第7の態様において、前記庇部を備えた前記シリコン材の側面と前記摺動面との間に潤滑剤が保持されている。 A timepiece component according to an eighth aspect is, in the seventh aspect, in which a lubricant is held between the side surface of the silicon material provided with the eaves and the sliding surface.
第8の態様によれば、庇部を備えたシリコン材の側面と摺動面との間に潤滑剤が保持されているので、庇部と摺動面とをさらにスムーズに摺動させることができる。 According to the eighth aspect, since the lubricant is held between the side surface of the silicon material having the eaves and the sliding surface, the eaves and the sliding surface can slide more smoothly. can.
第9の態様に係る時計部品は、第1の態様から第8の態様までのいずれか1つの態様において、前記シリコン材は、ヤング率の温度係数が0~100℃の間で負の係数を有しており、前記金属層は、ヤング率の温度係数が0~100℃の間で正の係数を有する金属材料で構成されている。 A timepiece component according to a ninth aspect is any one aspect from the first aspect to the eighth aspect, wherein the silicon material has a negative temperature coefficient of Young's modulus between 0 and 100°C. The metal layer is made of a metal material having a positive temperature coefficient of Young's modulus between 0 and 100.degree.
第9の態様によれば、シリコン材は、ヤング率の温度係数が0~100℃の間で負の係数を有しており、金属層を構成する金属材料は、ヤング率の温度係数が0~100℃の間で正の係数を有する。これにより、シリコン材とシリコン材の少なくとも片面の金属層により負と正の温度係数が相殺され、温度係数を0に近づけることができる。このため、時計部品の温度変化に対する精度が向上する。 According to the ninth aspect, the silicon material has a negative temperature coefficient of Young's modulus between 0 and 100° C., and the metal material forming the metal layer has a temperature coefficient of Young's modulus of 0. It has a positive coefficient between ~100°C. As a result, the negative and positive temperature coefficients are offset by the silicon material and the metal layer on at least one side of the silicon material, and the temperature coefficient can be brought close to zero. As a result, the accuracy of timepiece components with respect to temperature changes is improved.
第10の態様に係るムーブメントは、第1の態様から第9の態様までのいずれか1つの態様に記載の時計部品を有する。 A movement according to a tenth aspect comprises the timepiece component according to any one of the first to ninth aspects.
第10の態様によれば、低コストでムーブメントを構成する時計部品の強度を上げることができる。 According to the tenth aspect, it is possible to increase the strength of the timepiece parts forming the movement at low cost.
第11の態様に係る時計は、第10の態様に記載のムーブメントを有する。 A timepiece according to an eleventh aspect has the movement according to the tenth aspect.
第11の態様によれば、低コストで時計を構成する時計部品の強度を上げることができる。 According to the eleventh aspect, it is possible to increase the strength of timepiece components constituting the timepiece at low cost.
第12の態様に係る時計部品の製造方法は、シリコン基板の少なくとも片面に所定のパターンの金属層を形成する工程と、前記シリコン基板を反応性イオンエッチングにより加工し、前記金属層の少なくとも一部に前記金属層が前記シリコン基板の側面から張り出した庇部を形成する工程と、を有する。 A method for manufacturing a timepiece component according to a twelfth aspect includes the steps of: forming a metal layer having a predetermined pattern on at least one surface of a silicon substrate; and forming an eaves portion in which the metal layer protrudes from the side surface of the silicon substrate.
第12の態様によれば、シリコン基板の少なくとも片面に所定のパターンの金属層を形成する。そして、シリコン基板を反応性イオンエッチングにより加工し、金属層の少なくとも一部に金属層がシリコン基板の側面から張り出した庇部を形成する。これにより、反応性イオンエッチング(RIE)により発生した切欠き等の欠陥が金属層及び庇部により保護されるので、切欠き等の欠陥に力が直接加わることが抑制され、破壊強度が上昇する。このため、低コストで時計部品の強度を上げることができる。 According to the twelfth aspect, a metal layer having a predetermined pattern is formed on at least one side of the silicon substrate. Then, the silicon substrate is processed by reactive ion etching to form a canopy portion in which the metal layer protrudes from the side surface of the silicon substrate in at least a part of the metal layer. As a result, defects such as notches generated by reactive ion etching (RIE) are protected by the metal layer and the eaves, so direct application of force to defects such as notches is suppressed, and the breaking strength is increased. . Therefore, the strength of the timepiece component can be increased at low cost.
第13の態様に係る時計部品の製造方法は、第12の態様において、前記反応性イオンエッチングの後に、前記シリコン基板の側面に対して前記庇部をさらに張り出すための湿式めっきを施す。 A method for manufacturing a timepiece component according to a thirteenth aspect is the method according to the twelfth aspect, wherein after the reactive ion etching, wet plating is applied to the side surface of the silicon substrate to further project the eaves.
第13の態様によれば、反応性イオンエッチングの後に湿式めっきを施すことにより、シリコン基板の側面に対して庇部をさらに張り出させることができる。これにより、庇部により切欠き等の欠陥に力が直接加わることがより確実に抑制され、時計部品の破壊強度がさらに上昇する。 According to the thirteenth aspect, by applying wet plating after reactive ion etching, the eaves can be further projected from the side surface of the silicon substrate. As a result, direct application of force to defects such as notches by the eaves is more reliably suppressed, and the breaking strength of the timepiece component is further increased.
本願によれば、低コストで時計部品の強度を上げることができる。 According to the present application, the strength of timepiece components can be increased at low cost.
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。なお、本明細書において、「~」を用いて表される数値範囲がある場合は、数値範囲は、「~」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。 BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In this specification, when there is a numerical range represented by using "to", the numerical range means a range including the numerical values described before and after "to" as lower and upper limits.
〔第1実施形態〕
図1~図7、及び図19を用いて、第1実施形態の時計部品としてのヒゲぜんまい10について説明する。
[First embodiment]
A
まず、図19を用いて、第1実施形態のヒゲぜんまい10が組み込まれた時計について説明する。図19に示されるように、時計100のコンプリートは、図示しないケース裏蓋、およびガラス102からなる時計ケース104内に、ムーブメント106と、時に関する情報を示す目盛り等を有する文字板108と、時を示す時針110と、分を示す分針112と、秒を示す秒針114と、を備えている。文字板108には、日付Dを示す数字を明示させる日窓108Aが開口されている。
First, a timepiece incorporating the
時計100は、機械式の腕時計である。ムーブメント106は、ヒゲぜんまい10(図1参照)が配置されたてんぷ(図示省略)を備えている。さらに、ムーブメント106は、他の時計部品であるアンクル(図示省略)、ガンギ車130(図12参照)等を備えている。
Watch 100 is a mechanical watch. The
図1(A)、(B)に示されるように、ヒゲぜんまい10は、薄板ばねであり、複数の巻線を持った渦巻状のヒゲぜんまい本体部12と、ヒゲぜんまい本体部12の外周端部に配置されたヒゲ持ち16と、を備えている。さらに、ヒゲぜんまい10は、ヒゲぜんまい本体部12の中心部に配置されたヒゲ玉18を備えている。ヒゲぜんまい本体部12とヒゲ持ち16とヒゲ玉18とは一体に構成されている。ヒゲぜんまい10は、軸方向からみたときに、径方向に隣り合うヒゲぜんまい本体部12同士が略等間隔となるように配置されている。
As shown in FIGS. 1(A) and 1(B), the
ヒゲ持ち16は、略長円形状からなる環状の部材であり、中心部には略長円状の貫通孔16Aが形成されている。ヒゲ持ち16には、図示しないヒゲ持ち受を介しててんぷ受が連結されるようになっている。
The
ヒゲ玉18は、環状の部材であり、中心部には略円形状の貫通孔18Aが形成されている。ヒゲ玉18は、周方向の一部が開口19により分割されている。ヒゲ玉18には、後述するカナ54(図4(B)参照)が打ち込まれるようになっている。
The
図2(A)、(B)は、ヒゲぜんまい本体部12の一部を切断した斜視図及び断面図である。図2(A)、(B)に示されるように、ヒゲぜんまい本体部12は、シリコン材料で構成されたシリコン材22と、シリコン材22の厚み方向一方側の表面(図2中の上面)に形成された第1金属膜24と、第1金属膜24の上に形成された第2金属膜26と、第2金属膜26の上に形成された外側金属層28と、を備えている。また、ヒゲぜんまい本体部12は、シリコン材22の厚み方向他方側の裏面(図2中の下面)に順次形成された第1金属膜24と、第2金属膜26と、外側金属層28と、を備えている。第1金属膜24と第2金属膜26と外側金属層28とで金属積層体30が形成されている。ここで、金属積層体30は、金属層の一例である。
2A and 2B are a perspective view and a cross-sectional view of a part of the hairspring
ヒゲぜんまい本体部12は、シリコン材22の厚み方向と直交する方向の両側に、金属積層体30がシリコン材22の側面22Aから張り出した庇部32を備えている。第1実施形態では、庇部32は、シリコン材22の両面(表面と裏面)に設けられている。なお、シリコン材22の裏面には、庇部34もある(図3(G)ご参照)。
The hairspring
シリコン材22は、シリコン基板としてのシリコンウエハ40(図3参照)をRIE(反応性イオンエッチング)等により加工して形成されている。シリコン材22の厚みは、例えば、50~200μmとされている。第1実施形態では、シリコン材22の厚みは約100μmである。
The
第1金属膜24の材料としては、例えば、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、チタン(Ti)などが用いられている。第1実施形態では、第1金属膜24として、クロムが用いられている。第1金属膜24の厚みは、例えば、10~500nmとされている。第1実施形態では、第1金属膜24の厚みは約50nmである。
As the material of the
第2金属膜26の材料としては、例えば、銅(Cu)、金(Au)、パラジウム(Pd)などが用いられている。第1実施形態では、第2金属膜26として、銅が用いられている。第2金属膜26の厚みは、例えば、10~500nmとされている。第1実施形態では、第2金属膜26の厚みは約100nmである。
As the material of the
外側金属層28の材料としては、例えば、パラジウム(Pd)、ニッケル(Ni)、パラジウム-ニッケル合金などが用いられる。第1の実施形態においては、ヒゲぜんまい10の特性向上を考慮し、温度特性をゼロに近づけることを考えると、外側金属層28の厚みは1.1μmが好ましい。これは、後述するが、シリコンのヤング率の温度係数が負の値であり、約-60×10-6(1/K)であるのに対し、パラジウム52%-ニッケル48%合金では、正の値であり、約2800×10-6(1/K)である。これらの値から、ヒゲぜんまい10を並列バネと考え、ヤング率および温度係数が、各々の厚みの比で決まると考えた場合、温度係数をゼロとするためには、シリコンとパラジウム52%-ニッケル48%合金の厚みの比率が100:2.2(両面合計)となることからこの値とした。
As a material for the
シリコン材22は、シリコンウエハ40(図3参照)をRIE(反応性イオンエッチング)等により加工して形成する際に、シリコン材22の側面22Aに切欠き又は縦筋等の欠陥23が生じる場合がある(図2参照)。ヒゲぜんまい10では、金属積層体30がシリコン材22の側面22Aから張り出した庇部32を設けることで、シリコン材22の側面22Aの欠陥23に力が集中することを抑制するようになっている。
When the
シリコン材22の側面22Aからの庇部32の張り出し量は、0.5~20μmが好ましく、1~10μmがより好ましい。庇部32の張り出し量が0.5μmより小さいと、シリコン材22の側面22Aに生じた切欠き等の欠陥23に力が集中することを抑制する効果が少なくなる。また、庇部32の張り出し量が10μmより大きいと、ヒゲぜんまい10の作動時に庇部32がヒゲぜんまい10のバネ性能に影響を与える場合がある。
The protrusion amount of the
次に、ヒゲぜんまい10の製造方法について説明する。
Next, a method for manufacturing the
図3(A)に示されるように、シリコンウエハ40の表面(図3中の上面)と裏面(図3中の下面)に、シリコンウエハ40の側から順に、クロム膜からなる第1金属膜24と、銅膜からなる第2金属膜26を、例えばスパッタリング法で形成する。なお、第1金属膜24と第2金属膜26は、蒸着法などで形成してもよい。これにより、シリコンウエハ40の両面に、第1金属膜24と第2金属膜26とからなる導電層が形成される。
As shown in FIG. 3A, a first metal film made of a chromium film is formed on the front surface (upper surface in FIG. 3) and the rear surface (lower surface in FIG. 3) of a
次いで、図3(B)に示されるように、シリコンウエハ40の両面(表面と裏面)の第2金属膜26上にポジ型レジスト材料をスピンコート法などにより塗布することで、ポジ型レジスト層42を所定の厚み(例えば、1μm)で形成する。なお、ポジ型レジスト材料に代えて、ネガ型レジスト材料を用いてもよい。
Next, as shown in FIG. 3B, a positive resist layer is formed by applying a positive resist material onto the
そして、シリコンウエハ40の両面側のポジ型レジスト層42を、所定のパターンが描画されたフォトマスクを用いて露光し、現像する。これにより、図3(C)に示されるように、所定の形状及び寸法のヒゲぜんまい10(図1参照)の部分に開口を有するパターン42Aを形成する。
Then, the positive resist
次いで、図3(D)に示されるように、パターン42Aが形成されたポジ型レジスト層42をマスクとして、シリコンウエハ40の両面側にパラジウムめっきを施すことにより、シリコンウエハ40の両面(表面と裏面)の第2金属膜26上に外側金属層28を形成する。これにより、シリコンウエハ40の両面側にメタルマスク層としての機能を有する外側金属層28が形成される。その後、図3(E)に示されるように、パターン42Aが形成されたポジ型レジスト層42を剥離する。
Next, as shown in FIG. 3D, both surfaces of the
次いで、図3(F)に示されるように、外側金属層28の間のシリコンウエハ40の両面に露出した第2金属膜26と第1金属膜24とからなる導電層をエッチングにより除去する。エッチングとしては、例えば、湿式エッチングなどが用いられる。また、第1金属膜24として、チタンやタンタルを用いる場合は、ドライエッチングなどを用いてもよい。これにより、シリコンウエハ40の両面に第1金属膜24と第2金属膜26と外側金属層28とで構成された所定のパターンの金属積層体30が形成される。ヒゲぜんまい10のヒゲ玉18(図1参照)では、シリコンウエハ40の表面と裏面の金属積層体30のパターンが異なる。第1実施形態では、シリコンウエハ40の裏面の隣り合う金属積層体30の間の開口46が、シリコンウエハ40の表面の隣り合う金属積層体30の間の開口48よりも小さい。
Next, as shown in FIG. 3F, the conductive layer composed of the
さらに、図3(G)に示されるように、金属積層体30をマスクとして、シリコンウエハ40の表面(図3中の上面)側からRIE(反応性イオンエッチング)によりシリコンウエハ40のエッチング加工を行う。これにより、金属積層体30の間のシリコンウエハ40がエッチングされ、所定のパターンのシリコン材22が形成される。このとき、金属積層体30の面方向端部の下側のシリコンウエハ40がエッチングされることで、金属積層体30がシリコン材22の側面22Aから張り出した庇部32、34が形成される。
Further, as shown in FIG. 3G, using the
シリコン材22の側面22Aからの庇部32、34の張り出し量が足りない場合は、フッ酸系又はアルカリ系のエッチング液によりシリコンウエハ40に湿式エッチング加工を行う。湿式エッチングは、等方性エッチングである。これにより、金属積層体30の面方向端部の下側のシリコンウエハ40がさらにエッチングされ、シリコン材22の側面22Aからの庇部32の張り出し量が大きくなる。上記のような工程により、金属積層体30で挟まれたシリコン材22を備えたヒゲぜんまい10が製造される。
If the
次に、図4~図7を用いて、ヒゲぜんまい10のヒゲ玉18にカナを打ち込む工程について説明する。なお、図4及び図5では、構成を分かりやすくするため、金属積層体30を構成する層である第1金属膜24と第2金属膜26と外側金属層28の図示を省略している。
Next, the process of driving the pinion into the
図4(A)、(B)に示されるように、ヒゲぜんまい10のヒゲぜんまい本体部12は、シリコン材22の両面に庇部32、34を備えている。また、ヒゲぜんまい10のヒゲ玉18では、シリコン材22の表面(図4中の上面)に庇部32を備えており、シリコン材22の裏面(図4中の下面)に庇部32、34を備えている。その際、ヒゲ玉18の貫通孔18Aでは、シリコン材22の表面に、貫通孔18Aの側に張り出した庇部32を備えており、シリコン材22の裏面に、貫通孔18Aの側に張り出した庇部34を備えている。シリコン材22の側面22Aからの庇部34の張り出し量は、シリコン材22の側面22Aからの庇部34の張り出し量よりも大きい。言い換えると、ヒゲ玉18では、シリコン材22の裏面の隣り合う庇部34の間の開口46が、シリコン材22の表面の隣り合う庇部32の間の開口48よりも小さい。
As shown in FIGS. 4A and 4B, the hairspring
図4(B)に示されるように、打ち込み部材の一例としてのカナ54は、軸54Aと、軸54Aの軸方向の一端部側に設けられた歯車54Bと、軸54Aの軸方向の中間部に歯車54Bと隣接して設けられた取付部54Cと、を備えている。ここで、取付部54Cは、軸部の一例である。取付部54Cは、略円筒状であり、軸54Aの外周面に接合されている。取付部54Cの外径は、歯車54Bの外径よりも小さい。
As shown in FIG. 4B, the
また、図4(B)及び図6(B)に示されるように、取付部54Cの外径は、ヒゲ玉18の貫通孔18Aの内径よりも小さい。さらに、取付部54Cの外径は、シリコン材22の裏面の向かい合う庇部34の間の開口46の内径よりも大きい。庇部34の周方向の一部には、庇部34が面方向と交差する方向に塑性変形しやすいように、複数(第1実施形態では3つ)の切欠き部35が形成されている(図6(B)参照)。切欠き部35は、庇部34の周方向にほぼ等間隔で設けられている。なお、庇部34のコシが強い場合は、切欠き部35の数を増やし、庇部34を塑性変形しやすくしてもよい。
Further, as shown in FIGS. 4B and 6B, the outer diameter of the mounting
また、図6(A)に示されるように、取付部54Cの外径は、シリコン材22の表面の向かい合う庇部32の間の開口48の内径よりも小さい。庇部32の周方向の一部には、庇部32から貫通孔18Aの半径方向内側に突出した突出部33が形成されている。突出部33に接する仮想円の内径は、取付部54Cの外径よりも小さい。
In addition, as shown in FIG. 6A, the outer diameter of the mounting
図4(B)に示されるように、カナ54の取付部54Cは、ヒゲ玉18の庇部34の間の開口46(図4中の下側)からヒゲ玉18の貫通孔18Aに打ち込まれる。これにより、図5に示されるように、金属積層体30が張り出した庇部34が塑性変形してヒゲ玉18の貫通孔18A(シリコン材22の側面22Aの側)に入り込み、ヒゲ玉18の貫通孔18Aの壁面と取付部54Cとの隙間を塞ぐ変形部58が形成される。この変形部58により、カナ54の取付部54Cがヒゲ玉18の貫通孔18Aに保持されている(嵌合されている)。
As shown in FIG. 4B, the mounting
金属積層体30の外側金属層28(図2(A)、(B)参照)をめっきで製作する場合、通常の金属に比べて、外側金属層28の硬度(例えば、ビッカース硬さ)が高くなる。このため、金属積層体30が張り出した庇部34が硬い場合は、レーザ等で庇部34を局所的に加熱し、再結晶又は結晶の粗大化を行うことにより、庇部34を軟化させてもよい。これにより、嵌合時のカナ54の取付部54Cの押込み抵抗を小さくすることができる。
When the outer metal layer 28 (see FIGS. 2A and 2B) of the
また、図示を省略するが、カナ54の取付部54Cがヒゲ玉18の貫通孔18Aに打ち込まれたときに、突出部33は、塑性変形によりヒゲ玉18の貫通孔18Aと反対側に曲がる。このため、庇部34と突出部33により、カナ54の軸54Aの軸心がヒゲ玉18の貫通孔18Aの中心部に安定して保持され、ヒゲ玉18の貫通孔18Aに対するカナ54の軸54Aの位置決め(位置出し)が容易となる。
Also, although illustration is omitted, when the mounting
なお、第1実施形態では、図6(A)に示す突出部33が設けられているが、突出部33を設けない構成でもよい。
In the first embodiment, the projecting
図7には、打ち込み部材の他の例としてのカナ60が示されている。図7に示されるように、カナ60は、軸54Aと、歯車54Bと、取付部60Aとを備えている。取付部60Aは、歯車54Bと反対側に向かうにしたがって外径が徐々に縮小されたテーパ面60Bを備えている。図示を省略するが、カナ60の取付部60Aをヒゲ玉18の貫通孔18Aに打ち込んでもよい。カナ60の取付部60Aは、先細り形状とされており、ヒゲ玉18の貫通孔18Aに挿入しやすいため、カナ60の取付部60Aの挿入時にヒゲ玉18を構成するシリコン材22が割れにくい。
FIG. 7 shows a
次に、第1実施形態の作用及び効果について説明する。 Next, the operation and effects of the first embodiment will be described.
ヒゲぜんまい10では、シリコン材22の厚み方向の両面に金属積層体30が設けられている。シリコン材22の厚み方向の両面には、金属積層体30がシリコン材22の側面22Aから張り出した庇部32、34が形成されている。
In the
シリコン材22は、シリコンウエハ40(図3参照)をRIE(反応性イオンエッチング)等により加工して形成される際に、シリコン材22の側面22Aに切欠き又は縦筋等の欠陥23が生じる場合がある(図2(A)、(B)参照)。
When the
一般的に、シリコンウエハは、本質的に脆く、劈開性を有するため、シリコンウエハの厚み方向と直交する方向(図2中の矢印A方向)に対して、強度が低く、強度のバラツキも大きい。このため、切欠き又は縦筋等の欠陥が開始位置(発生源)となって、シリコンウエハの割れや劈開が生じる可能性がある。 In general, silicon wafers are inherently fragile and cleaved, and therefore have low strength and large variations in strength in the direction perpendicular to the thickness direction of the silicon wafer (the direction of arrow A in FIG. 2). . Therefore, a defect such as a notch or a vertical streak may serve as a starting position (originating source) to cause cracking or cleavage of the silicon wafer.
第1実施形態のヒゲぜんまい10では、図2(A)、(B)及び図3(G)に示されるように、シリコン材22の両面に金属積層体30と、金属積層体30がシリコン材22の側面22Aから張り出した庇部32、34とが形成されている。金属積層体30及び庇部32、34は、シリコン材22に対して延性及び展性に優れている。これにより、シリコン材22が金属積層体30及び庇部32、34により補強及び保護されるので、切欠き又は縦筋等の欠陥23に力が直接加わることが抑制され、シリコン材22の欠陥23による破壊が抑制される。このため、ヒゲぜんまい10の破壊強度が上昇する。したがって、低コストでヒゲぜんまい10の強度を上げることができる。
In the
また、ヒゲぜんまい10では、ヒゲ玉18の貫通孔18Aを構成するシリコン材22に、金属積層体30が貫通孔18Aの側に張り出した庇部32、34が設けられている。そして、シリコン材22の貫通孔18Aにカナ54の取付部54Cが打ち込まれた状態で、庇部34が貫通孔18Aの側に塑性変形した変形部58により、取付部54Cがシリコン材22の貫通孔18Aに保持されている(図5参照)。このため、カナ54の取付部54Cをシリコン材22の貫通孔18Aに容易に位置決めすると共に、カナ54の取付部54Cをシリコン材22の貫通孔18Aに容易に固定することができ、生産性が向上する。
In addition, in the
また、シリコン材22の両面に金属積層体30がシリコン材22の側面22Aから張り出した庇部32、34が形成されているので、カナ54の取付部54Cをヒゲ玉18の貫通孔18Aに打ち込むときに、シリコン材22が切欠き又は縦筋等の欠陥23を開始位置として破壊するのを抑制することができる。
Also, since the
また、ヒゲぜんまい10では、シリコン材22は、ヤング率の温度係数が0~100℃の間で、ほぼ-60×10-6(1/K)の負の温度係数を有している。また、本実施形態の金属積層体30の外側金属層28は、パラジウム52%-ニッケル48%合金で形成されており、ヤング率の温度係数は、0~100℃の間で、ほぼ2800×10-6(1/K)であり、正の係数を有している。これにより、シリコン材22の上側と下側にパラジウム-ニッケル合金からなる外側金属層28を設けることで、負と正の温度係数を相殺し、温度係数を0に近づけることができる。本実施形態によれば、ヒゲぜんまい10の温度変化に対する精度が向上する。また、外側金属層28にパラジウムを用いることで、ヒゲぜんまい10の耐食性が向上する。
In the
また、ヒゲぜんまい10の製造方法では、シリコンウエハ40の両面に所定のパターンの金属積層体30を形成する。そして、シリコンウエハ40をRIE(反応性イオンエッチング)により加工し、金属積層体30がシリコン材22の側面22Aから張り出した庇部32、34を形成する。このため、低コストでヒゲぜんまい10の強度を上げることができる。
Further, in the method of manufacturing the
さらに、庇部32、34の張り出し量が足りない場合は、反応性イオンエッチングの後に湿式めっきを施すことで、シリコン材22の側面22Aに対して庇部32、34をさらに張り出させることができる。これにより、庇部32、34により切欠き又は縦筋等の欠陥23に力が直接加わることがより確実に抑制され、ヒゲぜんまい10の破壊強度がさらに上昇する。
Furthermore, if the protruding amount of the
(補足)
ヒゲぜんまいにテンワを加えた場合の温度係数について
(1)基本的な考え方
機械式時計の遅れ・進みの温度による影響は、テンプを構成する材料としてのヒゲぜんまいの線熱膨張係数α1と、テンワの線熱膨張係数α2と、ヒゲぜんまいのヤング率の温度係数βと、により決まる。テンプの周期をTとし、温度による周期の変動をΔTとすると、その精度であるΔT/Tは、温度変化に比例し、その比例係数kは次式(1)で与えられる。
(supplement)
Temperature coefficient when the balance spring is added to the balance spring (1) Basic idea and the temperature coefficient β of the Young's modulus of the balance spring. If T is the period of the balance and .DELTA.T is the period variation due to temperature, .DELTA.T/T, which is the accuracy, is proportional to the temperature change, and its proportionality coefficient k is given by the following equation (1).
したがって、比例係数kの値をゼロに近づけることが時計としての精度を向上することにつながる。
Therefore, bringing the value of the proportionality coefficient k close to zero leads to improving the accuracy of the timepiece.
一般に、テンワとして使われる材料は、その加工性から真鍮材が用いられるが、時計で使用されるものは、その線熱膨張係数がα2=21×10-6(1/K)である。一方、シリコンの線熱膨張係数は、結晶方位にもよるが、α1=3.9×10-6(1/K)である。上述のようにシリコンのヤング率の温度係数βは、β=-60×10-6(1/K)である。したがって、テンプを真鍮製のテンワとシリコン製のヒゲぜんまいとで作製すると、比例係数kは、k=45.15×10-6と、非常に大きな値となる。 Brass is generally used as the material for the balance wheel because of its workability, but the material used for watches has a linear thermal expansion coefficient of α2=21×10 −6 (1/K). On the other hand, the coefficient of linear thermal expansion of silicon is α1=3.9×10 −6 (1/K) although it depends on the crystal orientation. As described above, the temperature coefficient β of Young's modulus of silicon is β=−60×10 −6 (1/K). Therefore, if the balance is made of a balance wheel made of brass and a balance spring made of silicon, the proportionality coefficient k becomes a very large value of k=45.15×10 −6 .
このため、シリコンをヒゲぜんまいとして用いる場合、比例係数kをゼロに近づけるべく、ヤング率の温度係数が正の値であり、その値が+215×10-6(1/K)であるシリコン酸化膜をシリコンの表面に熱酸化法等により、その寸法に応じた厚み分だけ形成することが考えられる(例えば、特表2006-507454号公報)。また、シリコン酸化膜だけで比例係数kをゼロに近づけられない場合は、テンワを線熱膨張係数が小さな材質で形成することが考えられるが、多くの場合、加工が困難であり、コスト的に問題を生じている。 For this reason, when silicon is used as a hairspring, the temperature coefficient of Young's modulus is a positive value in order to bring the proportionality coefficient k close to zero . may be formed on the surface of silicon by a thermal oxidation method or the like to a thickness corresponding to its dimensions (for example, Japanese Unexamined Patent Application Publication No. 2006-507454). In addition, if the proportionality coefficient k cannot be brought close to zero with only the silicon oxide film, it is conceivable to form the balance with a material having a small linear thermal expansion coefficient, but in many cases, processing is difficult and costly. are causing problems.
これに対し本実施形態では、シリコン製のヒゲぜんまい10の平坦平行をなす両面に、パラジウム52%-ニッケル48%合金の層を形成することにより、比例係数kをゼロに近づける。
In contrast, in the present embodiment, a layer of 52% palladium-48% nickel alloy is formed on both flat and parallel surfaces of the
具体的には、テンワの材料として、加工性が良い真鍮材(α2=21×10-6(1/K))を選択し、ヒゲぜんまい10におけるシリコン材22の厚みを150μmとする。この場合、外側金属層28の厚みをシリコン材22の表裏とも2.4μmとすることにより、比例係数kをほぼ、ゼロとすることができる。
Specifically, a brass material (α2=21×10 −6 (1/K)) having good workability is selected as the material of the balance wheel, and the thickness of the
本実施形態では、外側金属層28としてパラジウム52%-ニッケル48%合金を用いたが、ヤング率の温度係数βはパラジウムとニッケルとの組成を変えることにより、正の値、詳しくは0~2800×10-6(1/K)の範囲とすることができる。以上のように、本実施形態のひげぜんまい10を用いてテンプを形成する場合、外側金属層28の組成、厚み及び張り出し量の設定を調整することにより、必要な強度と所望とする温度特性とを得ることができる。
In this embodiment, a palladium 52%-
なお、パラジウム-ニッケル合金以外の材料として、白金(Pt)合金、パラジウム-金合金、ニオブ(Nb)合金等が挙げられる。外側金属層28の組成や厚みは、対象となるシリコン材22の形状及び寸法により決定される。また、外側金属層28の形成方法は、真空蒸着、スパッタリング等の気相成長法、及び湿式めっき法等を採用することができる。
Materials other than palladium-nickel alloys include platinum (Pt) alloys, palladium-gold alloys, niobium (Nb) alloys, and the like. The composition and thickness of the
(2)具体的なシミュレーション
上記比例係数kについて、シリコン及び金属層の厚みを考慮する。シリコンの線熱膨張係数をα1、温度係数をβ1、厚みをxとし、金属層の線熱膨張係数をα3、温度係数をβ3の片面厚みをyとし、テンワの線熱膨張係数α2とする。この場合、シリコンの両面に厚みyの層を形成すると比例係数kは、次式(2)で近似できる。
(2) Specific simulation Consider the thickness of the silicon and metal layers for the proportional coefficient k. The linear thermal expansion coefficient of silicon is α1, the temperature coefficient is β1, the thickness is x, the linear thermal expansion coefficient of the metal layer is α3, the temperature coefficient is β3, the thickness of one side is y, and the linear thermal expansion coefficient of the balance is α2. In this case, if layers of thickness y are formed on both sides of the silicon, the proportionality coefficient k can be approximated by the following equation (2).
したがって、比例係数kをゼロとして、yについて解くと次式(3)のとおりとなる。
Therefore, if the proportional coefficient k is set to zero and y is solved, the following equation (3) is obtained.
ここで、テンワ及び金属層の材質を変えた場合の金属層の厚さyを求めると表1のとおりとなる。
Table 1 shows the thickness y of the metal layer when the materials of the balance wheel and the metal layer are changed.
ケース1はテンワの材質が真鍮であり、金属層の材質がパラジウム52%-ニッケル48%合金の例である。ケース2はテンワの材質がチタンであり、金属層の材質がパラジウム52%-ニッケル48%合金の例である。ケース3はテンワの材質が真鍮であり、金属層の材質がパラジウム50%-ニッケル50%合金の例である。
Case 1 is an example in which the material of the balance wheel is brass and the material of the metal layer is a palladium 52%-
以上のように、テンワ及び金属層の材質を変えることにより、シリコン材22に形成する外側金属層28の厚みを調整することができる。ヒゲぜんまい10におけるシリコン材22の厚さが薄くなる程、強度が下がるが、金属層である外側金属層28を厚くし、かつ張り出し量を大きくするように形成することで、ヒゲぜんまい10全体としての強度を確保することができる。
As described above, the thickness of the
〔第2実施形態〕
次に、図8~図10を用いて、第2実施形態の時計部品としてのヒゲぜんまいについて説明する。なお、第2実施形態において、第1実施形態と同一の構成要素、部材等については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
[Second embodiment]
Next, a hairspring as a timepiece component according to a second embodiment will be described with reference to FIGS. 8 to 10. FIG. In addition, in the second embodiment, the same components, members, etc. as in the first embodiment are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof will be omitted.
図8に示されるように、ヒゲぜんまい70では、シリコン材22の厚み方向の両面に金属積層体72が設けられている。シリコン材22の厚み方向の両面には、金属積層体72がシリコン材22の側面22Aから張り出した庇部74、76が形成されている。金属積層体72の厚みは、第1実施形態の金属積層体30の厚みよりも薄い。このとき、金属積層体72の厚みは、打ち込み部材としてのカナ80の軸80Aが押し込まれても、シリコン材22が割れない程度の厚みに設定されている。また、ヒゲ玉18では、シリコン材22の側面22Aからの庇部76の張り出し量が、庇部74の張り出し量よりも大きい。
As shown in FIG. 8, in the
カナ80は、軸部としての軸80Aと、軸80Aに接合された歯車54Bと、を備えている。カナ80には、第1実施形態のカナ54のような取付部54C(図4参照)は設けられていない。図示を省略するが、カナ80の軸80Aの外径と庇部74、76等との寸法関係は、図6(A)、(B)に示すカナ54の取付部54Cと庇部32、34等との寸法関係と同じである。
The
図8に示されるように、カナ80の軸80Aは、ヒゲ玉18の庇部76の間の開口46(図9中の下側)からヒゲ玉18の貫通孔18Aに打ち込まれる。これにより、図9に示されるように、金属積層体72が張り出した庇部76が塑性変形してヒゲ玉18の貫通孔18A(シリコン材22の側面22Aの側)に入り込み、変形部78が形成される。変形部78は、金属積層体72から上側に折れ曲がっている。
As shown in FIG. 8, the
変形部78が小さく、カナ80の軸80Aとヒゲ玉18の貫通孔18Aとの嵌合状態が弱い場合は、図10に示されるように、ヒゲ玉18の上側(図10中の上側)から軸80Aとヒゲ玉18の貫通孔18Aとの隙間に接着剤84を充填して固める。嵌合状態が弱くても、庇部76の変形による変形部78と突出部33(図6(A)の変形により、軸80Aの軸心がヒゲ玉18の貫通孔18Aに対して位置決め(位置出し)されるため、ヒゲ玉18の貫通孔18Aに対する軸80Aのブレ等は小さい(図6(A)、(B)参照)。このため、軸80Aの軸心が貫通孔18Aの中心部に配置されると共に、貫通孔18Aの軸方向に沿って軸80Aの軸心が垂直方向に配置される。
When the
このとき、カナ80の軸80Aとヒゲ玉18の上側の庇部74との間から接着剤84を充填しやすくするため、突出部33(図6(A)参照)の大きさを小さくすることが好ましい。また、ヒゲ玉18の下側の庇部76からの接着剤84の流れ出しを抑えるために、切欠き部35(図6(B)参照)の幅を小さくすることが好ましい。
At this time, in order to make it easier to fill the adhesive 84 from between the
上記のヒゲぜんまい70では、ヒゲ玉18の貫通孔18Aにカナ80の軸80Aが打ち込まれた状態で、庇部76がシリコン材22の側面22Aの側に塑性変形した変形部78と、軸80Aとシリコン材22との間に充填された接着剤84により、軸80Aがヒゲ玉18の貫通孔18Aに保持されている。このため、カナ80の軸80Aをヒゲ玉18の貫通孔18Aに容易に固定することができ、生産性が向上する。
In the
また、接着剤84は、軸80Aの軸方向の変形部78の逆側から軸80Aとシリコン材22との間に充填されている。これにより、接着剤84を充填する際に、接着剤84の流れを変形部78により抑えることができ、カナ80の不要な部分への接着剤84のはみ出しが抑制される。
Also, the adhesive 84 is filled between the
図20には、比較例に係るヒゲぜんまい300の一部が示されている。図20に示されるように、ヒゲぜんまい300のヒゲぜんまい本体部12とヒゲ玉18は、シリコン材302で形成されている。シリコン材302の両面には、金属層は形成されていない。
FIG. 20 shows part of a
ヒゲぜんまい300では、ヒゲ玉18の貫通孔18Aにカナ80の軸80Aを打ち込む際に、シリコン材302が割れやすく、ヒゲ玉18の貫通孔18Aに対して軸80Aがふらつき、ヒゲ玉18の鉛直方向に対して軸80Aが斜めになることがある。このため、ヒゲ玉18の貫通孔18Aとカナ80の軸80Aとの間に接着剤84を充填したときに、接着剤84がヒゲ玉18の下部からはみ出やすい。
In the
これに対して、第2実施形態では、軸80Aの軸方向の変形部78の逆側から軸80Aとシリコン材22との間に接着剤84を充填するので、変形部78により接着剤84の流れ出しを抑制することができる。
On the other hand, in the second embodiment, since the adhesive 84 is filled between the
〔第1、第2実施形態の変形例〕
次の図11(A)に示す庇部の形態の第1例、図11(B)に示す庇部の形態の第2例は、第1実施形態、第2実施形態にそれぞれ適用することができる。
[Modifications of the first and second embodiments]
A first example of the shape of the eaves portion shown in FIG. 11A and a second example of the shape of the eaves portion shown in FIG. 11B can be applied to the first embodiment and the second embodiment, respectively. can.
図11(A)には、RIE(反応性イオンエッチング)の最初にめっき(電解めっき又は無電解めっき)を施した場合の庇部32の形態の第1例が示されている。図11(A)に示されるように、RIE(反応性イオンエッチング)の最初に外側金属層92のめっき(電解めっき又は無電解めっき)を施した場合には、第1金属膜24と第2金属膜26と外側金属層92とで構成された金属積層体94により、シリコン材90の側面90Aから張り出した庇部32が形成される。この庇部32は、外側金属層92がシリコン材90の側面90Aの側に回り込まない形状とされている。このような庇部32の形態では、庇部32をシリコン材90の側面90Aから張り立たせるために、RIE(反応性イオンエッチング)の後に、シリコン材90を湿式エッチング加工してもよい。エッチング液は、例えば、フッ化水素酸や、濃度が約30%の水酸化ナトリウムの水溶液などが用いられる。これにより、庇部32の下側のシリコン材90の側面90Aがエッチングされ、金属積層体94をシリコン材90の側面90Aに対してさらに張り出させることができる。
FIG. 11A shows a first example of the shape of the
図11(B)には、RIE(反応性イオンエッチング)の後にめっき(電解めっき又は無電解めっき)を施した場合の庇部32の形態の第2例が示されている。図11(B)に示されるように、RIE(反応性イオンエッチング)の後に外側金属層96のめっき(電解めっき又は無電解めっき)を施した場合には、外側金属層96がシリコン材90の側面90Bの側に回り込む。これにより、シリコン材90の表面に第1金属膜24と第2金属膜26と外側金属層96とで構成された金属積層体98が形成されると共に、シリコン材90の厚み方向の面(上面)から外側金属層96がシリコン材90の側面90Aの一部にかけて覆うことで、外側金属層96がシリコン材90の側面90Bから張り出した庇部32が形成される。庇部32の外面は、シリコン材90の上面からシリコン材90の側面90Aの一部を覆うように湾曲した形状となる。このような庇部32の形態では、RIE(反応性イオンエッチング)の後に、シリコン材90を湿式エッチング加工しなくてもよい。
FIG. 11B shows a second example of the shape of the
〔第3実施形態〕
次に、図12~図14を用いて、第3実施形態の時計部品としてのガンギ車について説明する。なお、第3実施形態において、第1及び第2実施形態と同一の構成要素、部材等については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
[Third embodiment]
Next, an escape wheel as a timepiece component of the third embodiment will be described with reference to FIGS. 12 to 14. FIG. In addition, in 3rd Embodiment, the same code|symbol is attached|subjected about the same component, member, etc. as 1st and 2nd Embodiment, and detailed description is abbreviate|omitted.
図12に示されるように、ガンギ車130は、円環状のリム部132と、リム部132の内側に配置されたハブ部134と、リム部132とハブ部134とを連結する複数(第3実施形態では4本)のスポーク部136と、を備えている。複数のスポーク部136は、ハブ部134の外周縁からリム部132の内周縁に向かって放射状に延在している。リム部132の周縁部には、歯部138が形成されている。歯部138は、ガンギ車130の径方向外側に向かって突出され、ガンギ車130の周方向に沿って所定の間隔を空けて複数配置されている。ハブ部134は、略円形状に形成されており、ハブ部134の中心部には、貫通孔135が形成されている。ハブ部134の貫通孔135には、打ち込み部材としての軸部(図示省略)が打ち込まれるようになっている。
As shown in FIG. 12, the escape wheel &
図13に示されるように、ガンギ車130の歯部138は、シリコン材142と、シリコン材142の厚み方向の両面(表面と裏面)に形成された金属層としての金属積層体144と、を備えている。さらに、ガンギ車130の歯部138は、シリコン材142の厚み方向と直交する方向の両側に、金属積層体144がシリコン材142の側面142Aから張り出した庇部146を備えている。第3実施形態では、庇部146は、シリコン材142の両面(表面と裏面)に設けられている。
As shown in FIG. 13, the
歯部138を構成するシリコン材142の先端面は、アンクルのつめ石190(図17参照)が摺動する摺動面150とされている。シリコン材142の摺動面150とつめ石190とが摺動しやすいように、シリコン材142の摺動面150の厚み方向の両側には、金属積層体144を凹ませた凹部152が設けられている。すなわち、シリコン材142の摺動面150の上下では、金属積層体144が摺動面150から張り出しておらず、金属積層体144が凹部152によって摺動面150から後退している。言い換えると、ガンギ車130では、シリコン材142の両面に設けられた金属積層体144の一部に、金属積層体144がシリコン材142の側面142Aから張り出した庇部146が設けられている。
The tip surface of the
なお、図示を省略するが、ガンギ車130の歯部138以外の他の部分も、シリコン材142と、シリコン材142の両面(表面と裏面)に形成された金属積層体144と、金属積層体144がシリコン材142の側面142Aから張り出した庇部146と、を備えている。
Although illustration is omitted, portions other than the
次に、ガンギ車130の製造方法について説明する。なお、図14は、ガンギ車130の製造方法を分かりやすくするために、寸法関係が実際とは異なる模式的な断面図とされている。
Next, a method for manufacturing the escape wheel &
図14(A)に示されるように、シリコンウエハ40の両面に、シリコンウエハ40の側から順に、クロム膜からなる第1金属膜24と、銅膜からなる第2金属膜26を、例えばスパッタリング法や蒸着法で形成する。
As shown in FIG. 14A, on both surfaces of a
次いで、図14(B)に示されるように、シリコンウエハ40の両面の第2金属膜26上に、例えば、ポジ型レジスト材料を塗布することで、ポジ型レジスト層42を所定の厚み(例えば、1μm)で形成する。そして、シリコンウエハ40の両面側のポジ型レジスト層42を、所定のパターンが描画されたフォトマスクを用いて露光し、現像する。これにより、図14(C)に示されるように、所定の形状及び寸法のガンギ車130(図12参照)以外の部分に開口を有するパターン42Bを形成する。
Next, as shown in FIG. 14B, the
次いで、図14(D)に示されるように、ポジ型レジスト層42のパターン42Bをマスクとして、第2金属膜26、第1金属膜24の順にエッチング加工を行う。
Next, as shown in FIG. 14D, using the
そして、図14(E)に示されるように、ポジ型レジスト層42を剥離する。これにより、ガンギ車130(図12参照)の形状及び寸法の第2金属膜26及び第1金属膜24のパターン27が形成される。
Then, as shown in FIG. 14E, the positive resist
次いで、第2金属膜26及び第1金属膜24のパターン27が形成されたシリコンウエハ40をパラジウム(Pd)触媒液に浸漬し、水洗した後、無電解ニッケルめっき液に浸漬する。これにより、図14(F)に示されるように、第2金属膜26の上に、例えば、厚みが約10μmのニッケルめっき層からなる外側金属層28を形成する。これにより、シリコンウエハ40の両面に、ガンギ車130(図12参照)の形状及び寸法の第1金属膜24と第2金属膜26と外側金属層28とで構成された金属積層体144が形成される。
Next, the
さらに、図14(G)に示されるように、金属積層体144をマスクとして、シリコンウエハ40の表面(図14中の上面)側からRIE(反応性イオンエッチング)によりシリコンウエハ40のエッチング加工を行う。これにより、金属積層体144の間のシリコンウエハ40がエッチングされ、所定のパターンのシリコン材142が形成される。このとき、金属積層体144の面方向端部の下側のシリコンウエハ40がエッチングされることで、金属積層体144がシリコン材142の側面142Aから張り出した庇部146が形成される。以上のような工程により、ガンギ車130が製造される。
Further, as shown in FIG. 14G, using the
上記のガンギ車130では、シリコン材142の両面に金属積層体144が形成され、さらに金属積層体144がシリコン材142の側面142Aから張り出した庇部146が形成されている。これにより、シリコン材142が金属積層体144及び庇部146により補強及び保護されるので、切欠き又は縦筋等の欠陥に力が直接加わることが抑制され、シリコン材142の欠陥による破壊が抑制される。このため、ガンギ車130の破壊強度が上昇する。したがって、低コストでガンギ車130の強度を上げることができる。
In the escape wheel &
なお、第1実施形態と同じ構成による他の効果については、記載を省略する。 In addition, description is abbreviate|omitted about the other effect by the same structure as 1st Embodiment.
〔第4実施形態〕
次に、図15を用いて、第4実施形態の時計部品としてのガンギ車について説明する。なお、第4実施形態において、第1~第3実施形態と同一の構成要素、部材等については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
[Fourth embodiment]
Next, an escape wheel and pinion as a timepiece component according to the fourth embodiment will be described with reference to FIG. In the fourth embodiment, the same components, members, etc. as in the first to third embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図15に示されるように、ガンギ車160の歯部162は、シリコン材142と、シリコン材142の両面(表面と裏面)に形成された金属積層体144と、金属積層体144がシリコン材142の側面142Aから張り出した庇部146と、を備えている。歯部162の先端部では、シリコン材142の側面としての先端面142Bの厚み方向の両側に、金属積層体144が先端面142Bから張り出した庇部146が設けられている。
As shown in FIG. 15, the
上記のガンギ車160でも、第1実施形態と同様の構成により、第1実施形態と同様の効果を得ることができる。
With the escape wheel &
また、ガンギ車160では、シリコン材142の先端面142Bから張り出した庇部146がアンクルのつめ石190(図17参照)に接触するため、庇部146とつめ石190との接触面積が小さくなり、摩擦係数が下がる。このため、庇部178とつめ石190とを相対的にスムーズに摺動させることができる。
Also, in the
〔第5実施形態〕
次に、図16~図18を用いて、第5実施形態の時計部品としてのガンギ車について説明する。なお、第5実施形態において、第1~第4実施形態と同一の構成要素、部材等については同一符号を付して、詳細な説明を省略する。
[Fifth embodiment]
Next, an escape wheel and pinion as a timepiece component of the fifth embodiment will be described with reference to FIGS. 16 to 18. FIG. In the fifth embodiment, the same components, members, etc. as in the first to fourth embodiments are denoted by the same reference numerals, and detailed description thereof is omitted.
図16に示されるように、ガンギ車170の歯部172は、シリコン材142と、シリコン材142の両面(表面と裏面)に形成された金属積層体174と、金属積層体174がシリコン材142の側面142Aから張り出した庇部176と、を備えている。歯部172の先端部では、シリコン材142の先端面142Bの厚み方向の両側に、金属積層体144が先端面142Bから張り出した庇部178が設けられている。
As shown in FIG. 16, the
庇部176は、金属積層体174を構成する外側金属層(図示省略)を無電解めっき法により形成することで、外側金属層がシリコン材142の側面142Aの一部を覆うように回り込んだ形状とされている。言い換えると、庇部176は、シリコン材142の厚み方向の面からシリコン材142の側面142Aの一部にかけて覆っており、庇部176の外面が湾曲した形状とされている。庇部176は、例えば、無電解ニッケル-ホウ素めっきにより形成されている。庇部176の硬さ(ビッカース硬さ)Hvは、例えば、700である。ここで、ビッカース硬さは、押込み硬さの一種であり、頂角136度の正四角錐のダイヤモンドでできた剛体(圧子)を被試験物に対して押込み、そのときにできるくぼみ(圧痕)の表面積でその荷重を除した値で表す。ビッカース硬さの測定は、例えば、JIS G 0562に基づいて行った。
The
図16及び図17に示されるように、歯部172の先端部では、シリコン材142の先端面142Bの厚み方向の両側に、金属積層体144が先端面142Bから張り出した庇部178が設けられている。庇部178は、シリコン材142の厚み方向の面からシリコン材142の先端面142Bの一部にかけて覆っており、庇部178の外面が湾曲した形状とされている。庇部178は、例えば、無電解ニッケル-ホウ素めっきにより形成された庇部をレーザで局所加熱することによって形成されている。庇部178は、レーザで局所加熱することにより、庇部176よりも硬くなる。庇部178の硬さ(ビッカース硬さ)Hvは、例えば、1100~1200である。
As shown in FIGS. 16 and 17, at the tip of the
図17に示されるように、歯部172の先端部では、シリコン材142の先端面142Bの両側の庇部178がアンクルのつめ石190の摺動面190Aと接触している。この状態で、シリコン材142の厚み方向の両側の庇部178とつめ石190の摺動面190Aとが、それぞれ矢印B、Cに示す方向に回転することで、シリコン材142の厚み方向の両側の庇部178とつめ石190の摺動面190Aとが摺動する。ここで、アンクルのつめ石190は、他の部材の一例である。
As shown in FIG. 17, at the tip of
上記のガンギ車170では、庇部176は、シリコン材142の厚み方向の面からシリコン材142の側面142Aの一部にかけて覆っている。また、庇部178は、シリコン材142の厚み方向の面からシリコン材142の先端面142Bの一部にかけて覆っている。これにより、シリコン材142の切欠き又は縦筋等の欠陥(図示省略)に力が直接加わることがより確実に抑制され、ガンギ車170の破壊強度がさらに上昇する。
In the escape wheel &
また、ガンギ車170では、庇部178がつめ石190の摺動面190Aに接触する構成とされており、庇部178と摺動面190Aとの接触部の面積が小さいので、摩擦係数が下がる。このため、庇部178と摺動面190Aとを相対的にスムーズに摺動させることができる。さらに、庇部178の硬度を庇部176の硬度よりも高くすることで、庇部178の耐摩耗性が向上する。
Also, in the
また、図18に示されるように、シリコン材142の先端面142Bとつめ石190の摺動面190Aとの間に、潤滑油180を保持又は溜めるようにしてもよい。これにより、庇部178と摺動面190Aとの間に、潤滑油180が入り込み、庇部178と摺動面190Aとをさらにスムーズに摺動させることができる。
Further, as shown in FIG. 18, lubricating
〔補足説明〕
なお、第1~第5実施形態では、時計部品として、ヒゲぜんまい又はガンギ車の例が示されているが、本発明はこれらに限定されるものではない。例えば、アンクルなどの時計部品にも本発明を適用することができる。
〔supplementary explanation〕
In the first to fifth embodiments, examples of the balance spring or the escape wheel and pinion are shown as timepiece components, but the present invention is not limited to these. For example, the present invention can also be applied to timepiece parts such as ankles.
また、第1~第5実施形態では、シリコン材の両面に金属層としての金属積層体と、金属積層体がシリコン材の側面から張り出した庇部とが設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、シリコン材の片面に金属層としての金属積層体と、金属積層体がシリコン材の側面から張り出した庇部とを備える構成でもよい。 In addition, in the first to fifth embodiments, metal laminates as metal layers were provided on both sides of the silicon material, and eaves where the metal laminates protrude from the side surfaces of the silicon material were provided. is not limited to For example, a metal laminate as a metal layer may be provided on one side of the silicon material, and a canopy portion projecting from the side surface of the silicon material may be provided.
また、第1、第2、第4及び第5実施形態では、シリコン材の金属層としての金属積層体のほぼ全体に、金属積層体がシリコン材の側面から張り出した庇部が設けられていたが、本発明はこれに限定されるものではない。例えば、シリコン材の金属積層体の一部に、金属積層体がシリコン材の側面から張り出した庇部を備える構成でもよい。 Further, in the first, second, fourth and fifth embodiments, almost the entire metal laminate as the metal layer of the silicon material is provided with a canopy portion in which the metal laminate protrudes from the side surface of the silicon material. However, the present invention is not limited to this. For example, a configuration may be employed in which a portion of the metal layered body made of a silicon material is provided with a canopy portion in which the metal layered body protrudes from the side surface of the silicon material.
なお、実施形態を挙げて本発明の実施の形態を説明したが、これらの実施形態は一例であり、要旨を逸脱しない範囲内で種々変更して実施できる。また、本発明の権利範囲がこれらの実施形態に限定されず、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々なる態様で実施し得ることは言うまでもない。 Although the embodiments of the present invention have been described with reference to the embodiments, these embodiments are merely examples, and various modifications can be made without departing from the scope of the invention. Further, the scope of rights of the present invention is not limited to these embodiments, and it goes without saying that the present invention can be implemented in various forms without departing from the gist of the present invention.
10 ヒゲぜんまい(時計部品の一例)
18A 貫通孔
22 シリコン材
22A 側面
24 第1金属膜(金属層の一例)
26 第2金属膜(金属層の一例)
28 外側金属層(金属層の一例)
30 金属積層体(金属層の一例)
32 庇部
34 庇部
54 カナ(打ち込み材の一例)
54C 取付部(軸部の一例)
58 変形部
60 カナ(打ち込み材の一例)
60A 取付部
60B テーパ面
72 金属積層体
74 庇部
76 庇部
78 変形部
80 軸
80 カナ(打ち込み材の一例)
80A 軸
84 接着剤
90 シリコン材
90A 側面
92 外側金属層(金属層の一例)
94 金属積層体(金属層の一例)
96 外側金属層(金属層の一例)
98 金属積層体(金属層の一例)
100 時計
106 ムーブメント
108 文字板
130 ガンギ車(時計部品の一例)
142 シリコン材
142A 側面
142B 先端面(側面の一例)
144 金属積層体(金属層の一例)
146 庇部
160 ガンギ車(時計部品の一例)
170 ガンギ車(時計部品の一例)
174 金属積層体(金属層の一例)
176 庇部
178 庇部
180 潤滑油
190 つめ石
190A 摺動面
10. Mustache spring (an example of watch parts)
18A through
26 Second metal film (an example of a metal layer)
28 outer metal layer (an example of a metal layer)
30 Metal laminate (an example of a metal layer)
32
54C mounting part (an example of a shaft part)
58
94 Metal laminate (an example of a metal layer)
96 outer metal layer (an example of a metal layer)
98 Metal laminate (an example of a metal layer)
100
142
144 Metal laminate (an example of a metal layer)
146
170 escape wheel (an example of clock parts)
174 Metal laminate (an example of a metal layer)
176
Claims (13)
前記金属層の少なくとも一部に形成され、前記金属層が前記シリコン材の厚み方向に沿って形成された側面から張り出した庇部と、
前記シリコン材に設けられ、前記シリコン材の厚み方向に貫通する貫通孔と、
を有し、
前記シリコン材に、前記金属層と、前記シリコン材の前記貫通孔を形成する前記側面から前記貫通孔の内側に張り出した前記庇部とが設けられており、
前記シリコン材の前記貫通孔に打ち込み部材の軸部が打ち込まれた状態で、前記庇部が前記貫通孔の側に入り込むように変形した変形部により、前記軸部が前記シリコン材の前記貫通孔に保持されている時計部品。 a metal layer provided on at least one of the surfaces on both end sides in the thickness direction of the silicon material;
an eaves portion formed on at least a part of the metal layer and protruding from a side surface of the silicon material formed along the thickness direction of the metal layer;
a through hole provided in the silicon material and penetrating in the thickness direction of the silicon material;
has
The silicon material is provided with the metal layer and the eaves projecting from the side surface forming the through hole of the silicon material to the inside of the through hole,
In a state in which the shaft portion of the driving member is driven into the through hole of the silicon material, the eaves portion is deformed so as to enter the through hole side so that the shaft portion is driven into the through hole of the silicon material. watch parts held in
前記金属層の少なくとも一部に形成され、前記金属層が前記シリコン材の厚み方向に沿って形成された側面から張り出した庇部と、
前記シリコン材に設けられ、前記シリコン材の厚み方向に貫通する貫通孔と、
を有し、
前記シリコン材に、前記金属層と、前記シリコン材の前記貫通孔を形成する前記側面から前記貫通孔の内側に張り出した前記庇部とが設けられており、
前記シリコン材の前記貫通孔に打ち込み部材の軸部が打ち込まれた状態で、前記庇部が前記貫通孔の側に入り込むように変形した変形部と、前記軸部と前記シリコン材との間に充填された接着剤により、前記軸部が隣り合う前記シリコン材の前記貫通孔に保持されている時計部品。 a metal layer provided on at least one of the surfaces on both end sides in the thickness direction of the silicon material;
an eaves portion formed on at least a part of the metal layer and protruding from a side surface of the silicon material formed along the thickness direction of the metal layer;
a through hole provided in the silicon material and penetrating in the thickness direction of the silicon material;
has
The silicon material is provided with the metal layer and the eaves projecting from the side surface forming the through hole of the silicon material to the inside of the through hole,
Between the deformed portion in which the eaves portion is deformed so as to enter the through-hole side in a state in which the shaft portion of the driving member is driven into the through-hole of the silicon material, and the shaft portion and the silicon material. A timepiece component in which the shaft portions are held in the through holes of the adjacent silicon members by the filled adhesive.
前記金属層の少なくとも一部に形成され、前記金属層が前記シリコン材の厚み方向に沿って形成された側面から張り出した庇部と、
を有し、
前記シリコン材の厚み方向の両端側の両面に前記金属層と前記庇部が設けられており、
前記庇部が他の部材の摺動面に接触する構成とされている時計部品。 a metal layer provided on at least one of the surfaces on both end sides in the thickness direction of the silicon material;
an eaves portion formed on at least a part of the metal layer and protruding from a side surface of the silicon material formed along the thickness direction of the metal layer;
has
The metal layer and the eaves are provided on both sides of both ends in the thickness direction of the silicon material,
A timepiece component in which the eaves portion contacts a sliding surface of another member .
前記金属層の少なくとも一部に形成され、前記金属層が前記シリコン材の厚み方向に沿って形成された側面から張り出した庇部と、
を有し、
前記シリコン材は、ヤング率の温度係数が0~100℃の間で負の係数を有しており、
前記金属層は、ヤング率の温度係数が0~100℃の間で正の係数を有する金属材料で構成されている時計部品。 a metal layer provided on at least one of the surfaces on both end sides in the thickness direction of the silicon material;
an eaves portion formed on at least a part of the metal layer and protruding from a side surface of the silicon material formed along the thickness direction of the metal layer;
has
The silicon material has a negative temperature coefficient of Young's modulus between 0 and 100° C.,
The metal layer is a timepiece component made of a metal material having a positive temperature coefficient of Young's modulus between 0 and 100.degree.
前記金属層は、ヤング率の温度係数が0~100℃の間で正の係数を有する金属材料で構成されている請求項1から請求項3までのいずれか1項に記載の時計部品。 The silicon material has a negative temperature coefficient of Young's modulus between 0 and 100° C.,
A timepiece component according to any one of claims 1 to 3 , wherein the metal layer is made of a metal material having a positive temperature coefficient of Young's modulus between 0 and 100°C.
前記シリコン基板を反応性イオンエッチングにより加工し、前記金属層の少なくとも一部に前記金属層が前記シリコン基板の厚み方向に沿った側面から張り出した庇部を形成する工程と、
前記反応性イオンエッチングの後に、前記シリコン基板の厚み方向に沿った側面に対して前記庇部をさらに張り出すための湿式めっきを施す工程と、
を有する時計部品の製造方法。 a step of forming a metal layer having a predetermined pattern on at least one of the surfaces on both end sides in the thickness direction of the silicon substrate;
a step of processing the silicon substrate by reactive ion etching to form an eaves portion projecting from the side surface of the silicon substrate along the thickness direction of the metal layer on at least a part of the metal layer;
After the reactive ion etching, a step of performing wet plating for further projecting the eaves on the side surface along the thickness direction of the silicon substrate;
A method for manufacturing a watch component having
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